Zink-ion-hybridkondensatorer med ideelle anioner i elektrolytten viser ekstra lang ydelse

Metal-ion hybrid kondensatorer kombinerer egenskaberne af kondensatorer og batterier. En elektrode bruger den kapacitive mekanisme, den anden redox-processer af batteritype. Forskere har nu undersøgt anioners rolle i elektrolytten. Resultaterne, som er blevet offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie , afsløre betydningen af ​​sulfatanioner. Sulfatbaserede elektrolytter gav zink-ion-hybridkondensatorer enestående ydeevne og ekstra lang driftsevne.

Kondensatorer kan optage og frigive en enorm mængde ladning på kort tid, hvorimod batterier kan lagre meget energi i et lille volumen. For at kombinere begge ejendomme, forskere undersøger hybrid elektrokemiske celler, som indeholder både kondensator- og batterityper. Blandt disse celler, forskere har identificeret metal-ion-hybridkondensatorer som særligt lovende enheder. Her, den positive elektrode inkluderer pseudokapacitive egenskaber, hvilket betyder, at det også kan lagre energi på samme måde som et batteri, ved sammenkalkning af metalionerne, mens den negative elektrode er lavet af et redox-aktivt metal.

Imidlertid, deres elektrolyt er længe blevet negligeret, siger Chunyi Zhi, der undersøger batterimaterialer sammen med sit team på City University i Hong Kong. Forskerne mener, at typen af ​​elektrolytanion påvirker enhedens ydeevne. "At være mere opmærksom på indførelsen af ​​passende anioner kan effektivt forbedre en kondensators effekt og energitæthed, " de siger.

Forskerne fokuserede deres opmærksomhed på zink-ion-kondensatorer. Denne celletype består af en zinkmetalanode og en katode lavet af titanitrid -nanofibre. Nanofibrene er robuste, og deres porøse overflade tillader elektrolytten at infiltrere. Forskerne hævder, at elektrolytanionerne, når den er fastgjort til titannitridoverfladen, gøre materialet mere ledende. I øvrigt, de adsorberede anioner kan bidrage direkte til opladningsprocessen. Opladningen af ​​hybridkondensatoren involverer ekstraktion af de interkalerede zinkioner.

Zhi og hans kolleger sammenlignede virkningerne af tre elektrolytanioner:sulfat, acetat, og chlorid. De så på både deres binding til elektrodeoverfladen og de elektrokemiske cellers præstationer. Det var et klart resultat.

Forskerne rapporterede, at sulfatanionerne skilte sig ud blandt de tre anioner. De observerede, at celler baseret på en zinksulfatelektrolyt fungerede bedst, og sulfaterne bandt stærkere til titannitridoverfladen end de andre anioner. I øvrigt, sulfatbehandlede elektroder viste den laveste selvafladning. Forfatterne tilskriver resultaterne til de elektroniske virkninger af sulfat. Dens elektrontrækkende natur giver tæt binding til overfladeatomerne og forhindrer elektroden i at aflade sig selv, konkluderede forfatterne.

For en zinksulfatbaseret zink-ionhybridkondensator, forskerne rapporterede om højtydende operation i mere end ni måneder. I øvrigt, disse enheder er fleksible, hvilket især er nyttigt til bærbar elektronik. Forskerne testede enheden i et elektronisk ur og fandt fremragende ydeevne.